基于Ｗｅｂ服務的電信網絡管理架構研究和實現

摘要：為解決電信領域中異構網絡管理系統間的動態協作問題，滿足快速、高效地向客戶提供綜合業務和保證業務質量的需求，采用面向服務的思想并結合Web服務技術和技術無關體系結構（TNA）的原則，提出了基于Web服務的電信網絡管理架構，并定義基于該架構的網絡管理服務動態協作流程。通過原型系統對提出的電信網絡管理架構進行了驗證，該原型系統表明所定義的架構模型具有一定的有效性和適用性。

關鍵詞：電信網絡管理架構;Web服務;技術無關的體系結構

中圖分類號：TN915.07

文獻標志碼：A

文章編號：1001－3695(2008)06－1882－04

0引言

科技的進步和社會的發展促使人們對通信的需求與日俱增，對通信業務的功能和服務質量也提出了更高的要求。為了快速部署新業務、確保服務供應質量、提供完善的全生命周期服務保障能力，要求提供業務與網絡管理功能的各異構網絡管理系統能夠動態協同工作，為此必須研究支撐網管系統協同工作的網絡管理架構[1]。

傳統的電信網絡管理架構采用分層/分割模型，系統間使用M/A(管理/代理)模式交換管理信息[2]。該模式下為實現跨多運營組織的網絡管理功能，需要建立一個綜合網管系統作為管理者，與作為代理的多個系統交互以達到協同完成所需功能的目的；或以某個管理系統為主，通過定義好的與其他系統間的接口完成所需功能。這種緊耦合的C/S模式不能有效、快速、高質量地實現異構網管系統的動態協同工作，如支持系統間互連的MOM、CORBA等技術均沒有取得預期的成功[3]。MOM為同步/異步消息傳遞提供了簡單有效的方法，但實時性差、標準化程度低，影響了應用的廣泛性；CORBA提供面向對象的編程模型，具有位置透明性和平臺無關性，并可為分布式應用環境提供多種基本設施，但其本質上仍是一種同步通信機制，系統容錯能力低、擴展性不強。這導致現有異構系統間的接口和信息模型定義復雜且不易更改，因此必須研究新的計算技術在網絡管理架構中的應用，解決目前網絡管理架構中存在的問題，滿足日漸增長的各網絡管理系統動態協作、眾多網絡管理接口間適配，以及網絡管理系統可擴展性等需求[2]。

Web服務技術由于松耦合特性和底層技術支持的廣泛性，引起了電信網絡管理研究領域的極大關注，它已演化為分布式計算、服務互操作和協作的新范型[4]，其在網絡管理中的應用也成為目前網絡管理研究的熱點[5]。文獻[6~9]從信息、數據模型、語義表示、接口轉換等方面對Web服務技術進行了研究，證明了它在網絡管理中的可用性和優越性，但很少有文獻對基于Web服務的網絡管理架構進行探討。電信管理論壇（TMF）提出了技術無關的體系結構（TNA）[10]作為下一代電信網絡管理系統的架構指導原則，而Web服務技術作為一種新的計算技術可以很好地實現TNA的構想。

本文采用面向服務[11]的思想將各網管系統提供的功能抽象成網絡管理服務（network management service），并基于Web服務技術和NOGSS中的TNA核心點，提出了新的電信網絡管理架構，探討了其組成成員和內部機理，闡述了每個成員的作用和組成成員之間的關系；然后定義了基于該架構的電信網絡管理動態服務協作流程；最后，設計并實現了一個服務動態協作的原型系統，對提出的架構進行了驗證。該架構為電信領域中異構網絡管理系統間的動態協作提供了解決方案，可以作為構建下一代電信網絡綜合管理平臺的指導。

1基于Web服務的電信網絡管理架構

1．1Web服務的SOA業務模型

Web服務的主要特性是松耦合和易互操作性：a）軟件服務以松耦合的形式公開其功能，并可使其他應用程序通過已發布和易于發現的接口來使用這些服務；b）作為一種實現服務跨組織的訪問、集成、應用的技術方法，Web服務以其良好的標準化為不斷增長的組織間互操作需求展現了良好的應用前景。

隨著網絡技術的不斷發展和網絡的融合、綜合，跨組織服務調用的需求逐漸增多，以Web服務協議棧為基礎的面向服務的體系結構（service－oriented architecture，SOA）技術被廣泛認可并投到實際應用之中[4]。SOA是一個組件模型，它將應用程序的不同功能單元（稱為服務）通過這些服務之間定義良好的接口和契約聯系起來。它提出面向服務的概念[11]，以封裝良好的服務作為基本元素，通過基于標準的SOA分布式計算方法，使系統可以實現良好的互操作，也能以靈活、可擴展、平臺獨立的方式為其他組織提供服務。SOA可以通過公開的接口，幫助實現組織間的系統無縫集成，隨時隨地的數據訪問及客戶/合作伙伴的隨需服務；除了系統的功能性，還可以滿足服務質量方面的要求，如可擴展性、靈活性、連通性和互操作性。

基本的SOA業務模型有三種主要角色，即服務提供者、服務注冊中心和服務請求者。他們之間存在三種主要操作，即服務發布、服務發現和服務綁定，實現描述—發布—發現—綁定—調用的操作流程。SOA定義了一個服務請求者與服務提供者之間的交互。提供者負責發布一個服務的描述（WSDL文檔）到服務注冊中心；請求者必須能夠通過服務注冊中心發現所需服務的描述，而且必須能夠與服務提供者進行服務綁定。SOA業務模型如圖1所示。

1．2NGOSS的TNA核心點

新一代運營支撐系統與軟件（NGOSS）是TMF針對電信領域提出的下一代網絡管理系列規范。其中，eTOM[12]已被國際電信聯盟（ITU－T）采納為正式標準。TNA作為NGOSS的重要組成部分之一（eTOM/SID/TNA），主要關注新一代電信網絡管理系統的體系結構模型的建立原則。TNA提出了八個核心點，即分布式特性，使用接口通信、組件化、商務過程與組件分離，保證安全、基于策略、使用共享信息模型（SID）、使用公共信息庫。

利用TNA提出的核心點作為體系結構模型的構建指導原則，本文對傳統的電信網絡管理系統進行了改進，根據TNA的分布式特性、使用接口通信、組件化、商務過程與組件分離、基于策略和使用公共信息庫等TNA核心點，分別加入異構系統標準化、管理功能服務化、管理流程可控化、管理策略智能化、管理信息集中化等要素，在利用Web服務技術實現的基礎上提出了新的電信網絡管理架構模型。

1．3基于Web服務的電信網絡管理架構

采用面向服務的思想引入新的電信網絡管理架構，旨在解決異構網絡管理系統協同工作的問題，組成一個管理網絡，滿足快速向客戶提供業務和保證服務質量的需求。網絡管理架構需要研究三個方面的內容，即網絡管理網絡的組成成員、每個組成成員的作用以及組成成員間的關系[1]。

參考基本的SOA業務模型，利用Web服務技術，將各網絡管理系統抽象為網絡上的分布式節點，通過面向服務集成（SOI）中的服務適配器、服務代理等模式[13]，分階段、分層次地對已有網絡管理系統/組件封裝，形成接口標準、功能獨立的網絡管理服務。在此基礎上，通過集中的控制平臺，選擇和比較各獨立網絡管理服務，動態組合成高級的網絡管理服務，完成多個網絡管理系統間的協作，實現跨多個系統的網絡管理功能。新的網絡管理架構模型中采用Web服務技術規范（SOAP、WSDL、UDDI、BPEL等）描述和實現各組成成員間的交互。松耦合和動態性是其顯著優點。動態性主要體現在運行時的服務動態選擇、集成和調整，服務協作流程基于策略的自動執行和人工動態調整，以及客戶與服務提供者之間SLA合約的動態簽署和變更。

如圖2所示，基于Web服務的電信網絡管理架構由網絡管理系統、通用網絡管理服務節點、網絡管理服務管理器、網絡管理服務動態組合支撐與執行服務器組成。

1）網絡管理系統指各電信運營組織提供的、散布于電信管理網絡中各處的網絡管理系統，提供獨立或綜合的網絡管理功能，如專業網絡（SDH傳送網、接入網、移動匯接網）的FCAPS（故障、配置、計費、性能、安全）管理系統。

2）通用網絡管理服務節點提供綜合網絡管理系統所需的通用管理服務，根據CORBA和TNA中對通用服務的定義，主要包括命名、事件、日志、事務等服務，可以分散地放置在管理網絡中或集中于網絡管理服務動態組合支撐與執行服務器中。

3）網絡管理服務管理器完成網絡管理服務的注冊、查找、更新和目錄等管理功能。典型例子如第三方非贏利機構或者服務提供者構建的UDDI注冊中心。

4）網絡管理服務動態組合支撐與執行服務器（SES/NMSDC平臺）支持網絡管理用戶以拖拽的方式使用虛擬化的網絡管理服務，并提供應用規則定制、管理活動建模及配置工具，實現綜合網絡管理活動（流程）的快速構造和擴展，同時負責和提供網絡管理服務的網管系統交互，完成綜合網絡管理活動。

SES/NMSDC平臺（圖3）集中控制服務選擇、服務組合和服務流程的計劃、實施與調整。它主要由以下模塊組成：

a）服務組合管理模塊。該模塊實現服務選擇、調用和集成功能。Web服務位置分散、動態變化的特點使得服務集成比基于數據庫的數據集成更復雜，應用范圍更廣。目前的分布式對象技術如CORBA、EJB、DCOM、RMI已被大多數系統集成組織廣泛使用，需要Web服務適配器對接口轉換以進行信息互通。在SES/NMSDC平臺中，分布在各電信網絡區域中的網絡管理服務通過Web服務適配器提供了標準接口。接口由WSDL語言所描述，顯示了網絡管理服務的功能，作為在服務組合管理模塊中進行服務調用和服務集成的基礎。

b）策略管理模塊。各服務間的協作需要制定策略給予支持。策略是一套指導和確定如何管理、分配和控制服務資源的業務規則。策略的引入可使服務協作管理者能夠根據服務提供者的戰略目標和簽署的SLA合約內容產生針對某業務的業務規則，并使這些業務規則自動轉換成設備特有的指令，從而動態模擬、定義服務之間的動態協作。策略管理模塊實現服務協作中策略的規則制定、執行、監控和實時動態調整功能。

c）工作流管理模塊。該模塊利用工作流技術實現服務協作流程的自動化，幫助服務組合管理模塊完成服務集成的功能。網絡管理用戶可以根據需求使用工作流建模工具對服務協作流程進行定義和優化。工作流管理模塊按照所設定的觸發條件自動啟動并通過統一的數據訪問接口與各個功能模塊進行交互，執行服務協作流程。網絡管理用戶通過工作流管理工具實時監控管理系統中流程的運行情況，如果出現異常，能夠及時進行處理。

d）企業服務總線。該總線[13]是基于開放的標準消息總線，用于通過標準的Web服務適配器和接口來提供各模塊與服務之間的互操作功能。它支持相互獨立的異構環境中的服務、消息及基于事件的交互，并具有適當的服務級別和可管理性。

2基于Web服務的電信網絡管理服務動態協作流程

靜態的電信網絡管理架構需要在動態的管理服務協作流程中才能進行應用，以實現異構網絡管理系統間的動態、高效、高質量的協作。基于Web服務的網絡管理服務協作流程也成為目前網絡流程管理的研究重點之一[14]。

基于提出的電信網絡管理架構，本文定義一種基于該架構的通用網絡管理服務動態協作流程，為電信運營組織進行客戶/合作伙伴關系管理、業務流程管理和商務決策提供有力的支持。動態協作流程的主要參與角色參考SOA業務模型，有服務提供者（service provider，SP）、服務請求者（service customer，SC）和服務注冊中心（service registry，SR）。其中，綜合網絡管理服務提供者作為SP，向服務的使用者SC提供所需的網絡管理服務；SP擁有自己的SR進行服務的注冊、選擇和更新；SR也可以由第三方機構進行管理和維護。

根據生命周期，動態協作流程可以劃分為三個階段：服務提供、服務執行和服務總結。圖4中C1..n表示客戶端的流程，P1..n表示服務提供者端的流程。

1）服務提供階段從服務發布到服務合成。SP將服務提交給SR；SC根據自身需求，從SR或者本地的Web服務歷史信息中獲取能夠供給服務的SP；SC對候選SP進行選擇，根據服務類別符合度、可提供的服務質量、基本的SLA等級、SP提供服務的次數和成功概率，以及歷史信息中的服務滿意度進行篩選，然后與這些SP進行聯絡，根據服務內容、質量和價格選定最終的SP。SC選定SP，確定所需要的服務，進行服務內容、服務特性、服務質量的協商和定制；SP和SC簽訂SLA合約，確定各自的職責。合約中應包含服務提供的內容、范圍、服務質量等級、服務違例判定、服務降級判定，以及服務失敗情況下請求者和提供者各自應負的責任。然后SP根據SLA合約內容通過SES/NMSDC平臺進行服務的集成和服務流程的設計和控制。服務在執行過程中可能發生故障，導致服務失敗。這包括兩種情況：SP不能為請求者提供請求的服務；SC中止所請求的服務。如果SLA合約中的服務是SP已有的，則略去此環節；如果合約中的服務與SP的服務有差別，則需要提供者對服務進行重新調整和合成，以滿足合約中請求者的要求。

2）服務執行階段從服務提供到SLA判定。在服務準備完成后，SP告知請求者，SC通過Internet調用服務完成其商業目的。服務提供可能產生三種結果，即服務失敗、服務降級和服務完成。在服務失敗和服務降級之后引入動態恢復過程，在SES/NMSDC平臺上自動或者人工地進行服務的自愈功能。在服務失敗的情況下，SC可以有三種選擇，即動態恢復服務、重新與SP簽訂SLA合約，以及選擇其他的SP進行服務的提供。服務完成后，SP與SC根據SLA合約和服務完成記錄進行SLA判定，確定服務降級、違例等情況。

3）服務總結階段服務結算和服務調整。根據SLA判定結果，SP和SC進行服務費用的結算；然后SP進行與其他合作伙伴或供應商的攤賬。在服務結束以后，SP可以根據SC提出的需求或服務提供中出現的問題對已發布的服務進行重新調整，將調整后的服務在SR進行更新，并在SES/NMSDC平臺記錄歷史信息，如SLA合約、服務流程、故障信息等。

3系統實現

為了驗證該架構的有效性和可行性，采用.NET和Xflow技術開發了原型系統——基于Web服務的電信網絡管理架構。該系統基于底層的MPLS網絡向客戶提供eTOM圖中的FAB（實現、保障、計費）功能，實現VPN業務的訂購—配置—使用—監控—調整—計費整個流程。基于Web服務的電信網絡管理架構原型系統功能模型如圖5所示。

工作流管理器主界面中包含服務組合管理器功能，實現原型系統中服務協作流程的自動化和業務功能模塊的可擴展性。工作流管理器通過拖拽的方式在模型部署界面中進行基于流程的服務組合并生成工作流模型，并以圖形化的方式表現。該工作流模型可自動生成BPEL流程定義文件；也可以導入制定好的BPEL定義文件，在模型部署界面中以圖形方式表現出來。當輸入信息或定時觸發一個開始活動，工作流管理器創建一個新的流程實例并開始運行。在流程運行過程中，工作流管理器對持續性、隊列、告警和其他執行細節進行監控和管理。SES/NMSDC平臺中工作流管理器的GUI如圖6所示。

SLA管理器關注客戶與服務提供者之間協商服務等級目標（SLO）的協商和變更，監控服務執行時SLA的關鍵性能參數（KPI）和告警、故障狀況，指導策略管理對服務和服務流程進行動態調整，并在服務完成時依據SLA合約條款實施計費、攤賬和費用的補償或懲罰。

策略管理器由策略管理工具、策略服務器和策略庫協作完成。服務提供者根據與客戶簽署的SLA合約在策略管理工具中生成策略規則，存儲在策略庫中，并由策略服務器進行策略的執行。可以通過策略管理工具監控策略的執行情況，并進行策略變更。

4結束語

在Web服務技術和TNA核心點的基礎上，采用面向服務的思想，本文提出新的電信網絡管理架構模型；描述了該模型中的組成成員，解釋了每個成員的作用和組成成員之間的關系，并定義基于Web服務的網絡管理動態服務協作流程。該模型能夠實現電信網絡綜合管理的業務流程自動化、服務管理靈活性和動態性，能夠適應新服務的可擴展性和對服務的有效管理，實現異構環境下服務的動態協作。

該架構有以下優點：a）充分利用電信運營組織的遺留資源，減少開發和維護費用；b）縮短服務開發周期，快速響應市場需求；c）以流程為中心，靈活為客戶提供定制的服務，實現服務的監控和管理。目前，該模型已經應用到基金項目的設計和開發中用于驗證體系結構的可行性，具有一定的實踐指導意義，可為構造基于Web服務和網格等新技術的電信網絡管理平臺提供理論和技術基礎。

下一步的工作將著重于在實踐中對該架構進行驗證、評估與優化，并研究服務動態協作流程中的服務選擇、服務組合、服務流程的自動化、動態服務協作支撐環境的通用性和可擴展性等具體實現技術的改進。

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文